關于橋式抓斗卸船機科學運用鋼絲繩的研究

摘 要：橋式抓斗卸船機是應用在碼頭或者港口的機械設備，屬于重型裝卸設備。其應用的場合很多，在能源行業(yè)、交通運輸行業(yè)、裝卸行業(yè)等領域多被采用。在裝卸行業(yè)，橋式抓斗卸船機因其機構布置合理，鋼絲繩纏繞簡單，整機自重輕且維護量小等優(yōu)點，逐漸被各港口所采用，成為用戶的首選機型。因此，橋式抓斗卸船機鋼絲繩的質量和科學運用逐漸成為關注的熱點?，F(xiàn)首先介紹了鋼絲繩在橋式抓斗卸船機中的應用情況和作用，接著分析了鋼絲繩的類型、質量及應用特點，最后闡述了鋼絲繩在橋式抓斗卸船機使用中的維護及保養(yǎng)，為鋼絲繩在橋式抓斗卸船機中的科學運用提供了理論參考。

關鍵詞：橋式抓斗卸船機;鋼絲繩;結構設計;使用壽命

0 ? ?引言

橋式抓斗卸船機通常被安裝于岸邊軌道上，其作用為采用抓斗對物料進行抓取，然后將物料卸至漏斗，使物料經(jīng)過料斗、機上分料溜槽等裝置被運送到卸船裝備。一般而言，小車的運行方式是差動牽引，同時橋式抓斗卸船機還具備防料落水擋板、測風儀、超負荷限制器、夾輪器、檢修行車等機械裝置。橋式抓斗卸船機具有獨特的運輸優(yōu)勢，其在不卸下抓斗的情況下能夠吊運清艙機進出船艙，配有載人電梯，同時也設置了能夠確保機械設備安全運行的安全保護裝置。而各個機械結構的連接通常用鋼絲繩完成，因此鋼絲繩的安全使用成為研究重點。

1 ? ?鋼絲繩在橋式抓斗卸船機中的應用

（1）小車總成。如圖1所示，小車總成是由主小車、3個托繩小車和鋼絲繩及其張緊裝置等組成。前托繩小車的行程是主小車行程的一半，其作用是減小起升繩和開閉繩的垂度，確保主小車定位準確和抓斗正常打開。張緊裝置能使托繩小車正常運行，當臂架俯仰時可對托繩小車鋼絲繩變化量進行補償。

（2）臂架俯仰機構。如圖2所示，變頻電機通過聯(lián)軸器來實現(xiàn)臂架的運動，其中臂架的仰起動作和放平動作由卷筒帶動。鋼絲繩在整個機構中起到固定作用，一端固定于卷筒，另一端利用繩夾固定，其中鋼絲繩會穿過不同的滑輪組結構，將整個機構支撐起來，并且在平衡裝置的輔助下進行運作。平衡裝置有補償卷筒誤差造成的鋼絲繩受力不均的作用，補償?shù)男谐掏ㄟ^設在上面的限位開關限定，當該限位開關報警時，要及時檢查兩側的鋼絲繩長度并進行調(diào)整[1-2]。

（3）起升開閉鋼絲繩纏繞系統(tǒng)。如圖3所示，共有4根鋼絲繩，每根鋼絲繩都和卷筒連接，固定方式為壓板固定。4根鋼絲繩分為兩組，一組鋼絲繩經(jīng)過海側肩梁滑輪導向直達臂架頭部改向滑輪組，然后繞過主小車水側起升開閉滑輪組由快速接頭和抓斗相連;另外一組鋼絲繩繞過主小車的陸側起升開閉滑輪組由快速接頭和抓斗相連。每次將鋼絲繩安裝完畢后，都需要對整個機構進行水平調(diào)試，待達到標準后才能對鋼絲繩進行固定操作。

（4）臂架俯仰鋼絲繩纏繞系統(tǒng)。如圖4所示，臂架俯仰鋼絲繩纏繞系統(tǒng)能夠完成設備起升、開閉、俯仰及小車運行傳動鏈的連接。首先鋼絲繩固定在俯仰卷筒上，同樣采用壓板的固定方式進行固定，將鋼絲繩通過出繩口，依次通過一端的導向滑輪、俯仰滑輪組、另一端的導向滑輪以及滑輪組，最后返回至塔頭平衡臂的一端固定。另一根鋼絲繩按照與臂架對稱布置的纏繞方式纏繞，固定于塔頭平衡臂的另一端。初次安裝或換繩后，需調(diào)整兩根鋼絲繩長度一致，并且保證平衡滑塊處在槽體的中間位置，調(diào)整好限位開關，將鋼絲繩兩端固定于卷筒和平衡臂上。鋼絲繩固定端的緊固應嚴格執(zhí)行相關規(guī)范，達到規(guī)定的力矩要求并保證受力均勻。

2 ? ?鋼絲繩在橋式抓斗卸船機中的應用特點

橋式抓斗卸船機在不同的應用場合，因其材料和結構不同，選擇的鋼絲繩的結構、規(guī)格和長度同樣需要調(diào)整。通過對市場的調(diào)研可知，就目前而言，實際工況對鋼絲繩的質量要求越來越高，高強度、長壽命等特點已經(jīng)成為目前生產(chǎn)的必然要求。

2.1 ? ?鋼絲繩的分類及結構多樣性

鋼絲繩端部的常用固定方式包括編結固定、楔形套筒固定、錐形套筒固定、繩夾固定。按結構鋼絲繩可以分為：（1）點接觸鋼絲繩，各層鋼絲直徑相同。19絲的鋼絲繩較粗，比較耐磨抗蝕，應用較多;37絲撓性較好。（2）線接觸鋼絲繩，各層鋼絲直徑不同。W型（又稱瓦林吞型）是粗細式，X型（西爾型）是外粗式，T型是填充式。鋼絲繩的捻向有4種，具體為右交互捻方式、左交互捻方式、右同向捻方式、左同向捻方式，如圖5所示。繩芯分為麻芯（FC）、天然麻芯（NFC）、合成麻芯（FC）、鋼芯（WC）、繩股芯（WSC）和獨立鋼芯（IWRC）。鋼絲繩級別有五級，分別為1 570、1 670、

1 770、1 870、1 960 MPa。

應用于橋式抓斗卸船機的鋼絲繩結構和組成簡單。早期的橋式抓斗卸船機使用的鋼絲繩多為進口產(chǎn)品，隨著國內(nèi)的科技飛速發(fā)展、科研進步，我國自主研發(fā)的鋼絲繩也逐漸占領了市場。當然，就目前而言，針對應用于橋式抓斗卸船機的鋼絲繩的需求不僅僅是保證產(chǎn)品的質量，還要考慮鋼絲繩的額定生產(chǎn)能力，延長鋼絲繩的使用壽命，保障生產(chǎn)效率，且注重鋼絲繩產(chǎn)品的多樣化[3]。

2.2 ? ?鋼絲繩安全系數(shù)的提高

鋼絲繩安全系數(shù)會影響橋式抓斗卸船機生產(chǎn)過程中的安全指數(shù)，因此鋼絲繩產(chǎn)品質量好、使用壽命長，能夠確保橋式抓斗卸船機的正常使用。隨著鋼絲繩行業(yè)的迅速發(fā)展，其競爭壓力不斷加大，這就促使鋼絲繩產(chǎn)品的質量有了大幅度提高，結構也逐漸多樣化，能適用于更多工作場合。鋼絲繩在橋式抓斗卸船機作業(yè)中起到承重作用，承重的對象主要為整體機械及貨物，是橋式抓斗卸船機上的關鍵連接部件。當橋式抓斗卸船機正常作業(yè)時，鋼絲繩需要承受機械和貨物的總重量，在此過程中，鋼絲繩會在拉力的影響下發(fā)生變形及摩擦，摩擦力與拉力呈正比。若鋼絲繩受到的應力達到或超過其強度極限，可能就會發(fā)生部分破損或者斷裂。因此，若要防范上述風險，不僅需要優(yōu)化鋼絲繩的結構，還需要操作、安裝及維護人員在日常的使用過程中額外注意[4]。

3 ? ?橋式抓斗卸船機中鋼絲繩的維護及保養(yǎng)

鋼絲繩的實際剩余使用壽命關乎橋式抓斗卸船機整體的安全問題，其影響因素有潤滑以及鋼絲繩的產(chǎn)品質量。由于鋼絲繩的使用壽命相對較短，因此在正常使用過程中，需要遵守鋼絲繩日常的安全維護要求，對鋼絲繩的運作機構和接觸面進行充分的潤滑。此外，還需要定期對鋼絲繩纏繞的卷筒、滑輪組等機械進行檢查，觀察其滑動是否正常，磨損狀況如何，是否有疲勞現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)可能存在安全風險的鋼絲繩，必須及時進行更換，以保證設備能夠正常運行。

3.1 ? ?鋼絲繩故障分析

滑輪與卷筒都是傳動的零件，所以其軸承的摩擦應盡量小些，須常潤滑?；喓途硗灿质卿摻z繩的承載零件，常見的損壞形式為繩槽磨損，主要原因是空載時鋼絲繩在繩槽中處于松弛狀態(tài)，而負載時鋼絲繩則被拉緊并對輪槽產(chǎn)生一定的壓力，起升或下降時鋼絲繩與滑輪或卷筒間產(chǎn)生相對滑動。另外，由于鋼絲繩對繩槽的偏斜作用，卷筒繩槽尖峰部位會被磨損。有裂紋或繩槽磨損尺寸達到報廢程度的滑輪或卷筒均不能繼續(xù)使用，這是因為卷筒繩槽嚴重磨損易使鋼絲繩脫槽跑偏，而滑輪輪緣破碎則會造成鋼絲繩被拉毛或脫槽軋住，最后被拉斷而導致事故發(fā)生。

3.2 ? ?鋼絲繩保養(yǎng)和維修

鋼絲繩磨損快，而且經(jīng)常發(fā)生破裂的現(xiàn)象，其原因多為鋼絲繩和接觸面之間存在臟物或異物，或者在潤滑作業(yè)時未將潤滑脂涂抹均勻，出現(xiàn)潤滑不充分導致?lián)p傷的情況。因此，為了防范這種現(xiàn)象，需要定期或及時對鋼絲繩進行清洗并進行充分潤滑[5]。同時，在日常作業(yè)時，要時常檢查卷筒上的鋼絲繩纏繞圈數(shù)，通常以3圈作為鋼絲繩作業(yè)的安全圈數(shù);檢查時還需要對固定狀態(tài)進行必要的觀察，若固定螺栓發(fā)生松動現(xiàn)象，勢必會導致鋼絲繩松弛，影響傳輸作業(yè)，因此要及時進行緊固。

在日常維修時要額外關注鋼絲繩的潤滑狀態(tài)，需要使用鋼絲繩專用潤滑脂進行潤滑。對鋼絲繩進行護理時需要注意表面損傷、腐蝕等物理、化學作用，防止其性能下降。每次檢查時都需要觀察鋼絲繩的固定是否牢固;若檢查發(fā)現(xiàn)鋼絲繩損壞或變形，要及時進行更換，更換部位包括楔形接頭和繩夾，并符合原設計的型號、規(guī)格及應保證的抗拉強度要求。

值得一提的是，開卷時，需要避免鋼絲繩打結或扭曲;切斷時，需要采取避免繩股散開的措施;安裝時，為防止鋼絲繩損傷或受污染，需避免與不干凈的區(qū)域接觸;不纏繞不相關的零部件，以避免多余的表面磨損、擦傷或增加繩長。

若鋼絲繩出現(xiàn)繩股擠出、壓扁、彎折、扭結、籠狀畸變、繩徑減小或增大、表面腐蝕及深坑等現(xiàn)象，為了保證機械設備的安全運行，鋼絲繩應按報廢處理，需要及時進行鋼絲繩的更換作業(yè)[6]。

4 ? ?結語

本文研究了橋式抓斗卸船機的關鍵連接部件——鋼絲繩，分析了不同類型鋼絲繩的適用工況及條件，闡述了鋼絲繩的日常使用方式和日常維護方法，探討了提高鋼絲繩的安全系數(shù)的方法，對延長鋼絲繩的使用壽命具有一定的參考價值。

[參考文獻]

[1] 郭兆榮.鋼絲繩在橋式抓斗卸船機中的應用分析[J].科技創(chuàng)新導報，2015，12（13）：85.

[2] 孫江濤.橋式抓斗卸船機鋼絲繩的使用分析[J].計算機產(chǎn)品與流通，2018（2）：263.

[3] 張東，緱慶林，邱俊波，等.橋式抓斗卸船機鋼絲繩使用及結構分析[J].金屬制品，2012，38（4）：62-65.

[4] 孫文，緱慶林.橋式抓斗卸船機鋼絲繩的工作特點與生產(chǎn)控制[J].金屬制品，2012，38（1）：71-74.

[5] 王東升.提高卸船機起升開閉鋼絲繩使用壽命的辦法[J].港口裝卸，2009（4）：23-24.

[6] 李鵬.如何改善卸船機起升鋼絲繩的使用壽命綜述[J].城市建設理論研究（電子版），2011（20）：1-2.

收稿日期：2021-08-26

作者簡介：王鵬（1981—），男，河北唐山人，碩士研究生，工程師，研究方向：機電工程。